EP0495195A2 - Verfahren zum Betrieb eines Digital-Analog-Wandlers - Google Patents

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EP0495195A2
EP0495195A2 EP91120945A EP91120945A EP0495195A2 EP 0495195 A2 EP0495195 A2 EP 0495195A2 EP 91120945 A EP91120945 A EP 91120945A EP 91120945 A EP91120945 A EP 91120945A EP 0495195 A2 EP0495195 A2 EP 0495195A2
Authority
EP
European Patent Office
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capacitor
digital
switch
value
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP91120945A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0495195A3 (en
Inventor
Martin Dipl.-Ing. Woyda-Wolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Friedrich Merk Telefonbau GmbH
Original Assignee
Friedrich Merk Telefonbau GmbH
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Publication date
Application filed by Friedrich Merk Telefonbau GmbH filed Critical Friedrich Merk Telefonbau GmbH
Publication of EP0495195A2 publication Critical patent/EP0495195A2/de
Publication of EP0495195A3 publication Critical patent/EP0495195A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/0617—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence
    • H03M1/0619—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by dividing out the errors, i.e. using a ratiometric arrangement
    • H03M1/0621—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by dividing out the errors, i.e. using a ratiometric arrangement with auxiliary conversion of a value corresponding to the physical parameter(s) to be compensated for
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/66—Digital/analogue converters

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a digital-to-analog converter according to the preamble of patent claim 1.
  • a decoder for pulse code modulation systems is known.
  • This decoder generates an amplitude from a received digital code word, the height of which corresponds to the value of the received code word.
  • a current storage element (capacitor) is provided, which is charged via a current source. The amount of this capacitor charge depends on a counting process, the duration of which is determined by the value of the code word received.
  • current sources with different current intensities are provided in this decoder.
  • Such a decoder is special for converting pulse code modulation signals (PCM) into corresponding pulse amplitude modulation signals (PAM) designed.
  • the accuracy in determining the analog signal does not play a major role in this application because the level to be output can be adapted to the requirements by damping or amplification.
  • Such a decoder or digital-to-analog converter is only suitable to a limited extent for the transmission of measurement results, which depends on a high accuracy that is independent of the tolerances of the components.
  • the object of the invention is to provide a method for the operation of a digital-to-analog converter, in which an inexpensive and relatively accurate digital is possible with a low expenditure of components, the tolerances of which are insignificant for determining the measurement result -Analog conversion can be achieved. It should also be achieved that the components necessary for carrying out the method can be combined in an integrated circuit which has low power consumption.
  • a switch S2 can be activated, which short-circuits the capacitor C.
  • a reference measurement phase is carried out first, the switch S1 being closed for several short time intervals of the same duration, so that the capacitor is gradually charged via the constant current source KQ. This process continues until the charging voltage U1 has reached the value of a predetermined reference voltage Uref. This state is determined by a comparator VG, which reports this result to the control device SE.
  • the reference measurement phase is thus ended and the number of closings of the switch S1 is recorded by a counter. This counter reading No. is temporarily stored and is used for the subsequent generation of the analog output voltage Ua, which appears at the analog output Aa.
  • the number of charging steps Nw is calculated, which is necessary to charge the capacitor C so that an output voltage Ua results, the value of which corresponds to the digital value DW to be converted.
  • This calculation is carried out within the control device SE and, for example, a counter is loaded with this value. If this counter is then counted towards zero, the switch S1 can be closed correspondingly often with the counting output. When the corresponding number of counting steps has been reached, the capacitor C has reached that analog output voltage Ua charged, which corresponds to the digital value DW to be converted.
  • the control device SE then emits a signal EM which can be used for further processing of the analog value.
  • a switch S3 can thus be closed, for example, in order to connect the capacitor to the analog output Aa.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

2.2 In einer Referenzmeßphase wird ermittelt, wieviele Zählschritte notwendig sind, um einen Schalter so oft oder so lange zu schließen, bis ein Kondensator auf den Wert der Referenzspannung aufgeladen ist. Die so ermittelte Schrittzahl wird einer Berechnung zugrunde gelegt, wobei unter Berücksichtigung des digitalen Maximalwertes und des aus der Referenzspannung sich ergebenden Teilerverhältnisses zur Maximalspannung aus dem zu wandelnden Digitalwert die Schrittzahl eines Zählers ermittelt wird, mit der dann in einer Meßphase der Schalter zur Aufladung des Kondensators auf die analoge Ausgangsspannung angesteuert werden muß. 2.3 Bei der Erzeugung der analogen Meßgröße gehen die Toleranzen der dazu notwendigen Ströme und Spannungen sowie die Toleranzen der beteiligten Bauelemente, z. B. Kapazitäten und Widerstände der beteiligten Bauelemente nicht in die Rechnung ein. Da jeweils unmittelbar vor einer Meßphase eine Referenzmeßphase durchgeführt wird, können auch Änderungen von elektrischen Werten keinen Einfluß auf die Größe der analogen Ausgangsspannung haben. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Digital-Analog-Wandlers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus der DE-PS 12 96 181 ist ein Decodierer für Puls-Code-Modulationsanlagen bekannt. Dieser Decodierer erzeugt aus einem empfangenen digitalen Codewort eine Amplitude, deren Höhe dem Wert des empfangenen Codewortes entspricht. Zu diesem Zweck ist ein Stromspeicherelement (Kondensator) vorgesehen, welches über eine Stromquelle aufgeladen wird. Die Höhe dieser Kondensatoraufladung ist abhängig von einem Zählvorgang, dessen Dauer von der Wertigkeit des empfangenen Codewortes bestimmt wird. Weil bei der Puls-Code-Modulation ein nicht-linearer Code vorliegt, womit eine Komprimierung des Signals erreicht wird, sind bei diesem Decodierer Stromquellen mit verschiedenen Stromstärken vorgesehen. Ein derartiger Decodierer ist speziell für die Umwandlung von Puls-Code-Modulationssignalen (PCM) in jeweils entsprechende Puls-Amplituden-Modulations-Signale (PAM) ausgelegt.
  • Die Genauigkeit bei der Ermittlung des Analogsignals spielt bei dieser Anwendung keine große Rolle, weil der auszugebende Pegel durch Dämpfung oder Verstärkung den Anforderungen entsprechend angepaßt werden kann. Für die Übermittlung von Meßergebnissen, wobei es auf eine hohe, von den Toleranzen der Bauelemente unabhängige Genauigkeit ankommt, ist ein derartiger Decodierer, bzw. Digital-Analog-Wandler nur bedingt geeignet.
  • Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren für den Betrieb eines Digital-Analog-Wandlers anzugeben, bei dem mit einem geringen Aufwand von Bauelementen, deren Toleranzen zur Ermittlung des Meßergebnisses unerheblich sind, eine preiswerte und relativ genaue Digital-Analog-Wandlung erreicht werden kann. Es soll außerdem erreicht werden, daß die zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Komponenten in einer integrierten Schaltung zusammengefaßt werden können, welche einen geringen Stromverbrauch aufweist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Merkmalskombination vorgesehen, wie sie im Patentanspruch 1 angegeben ist.
  • Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß bei der Erzeugung der analogen Meßgröße die Toleranzen der dazu notwendigen Ströme und Spannungen sowie die Toleranzen der beteiligten Bauelemente völlig bedeutungslos sind. Weil jeweils unmittelbar vor einer Meßphase eine Referenzmeßphase durchgeführt wird, können auch durch Alterung oder sonstige Einflüsse bedingte Änderungen der elektrischen Werte keinen Einfluß auf die Größe der analogen Ausgangsspannung haben.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es sei angenommen, daß ein Digitalwert, der über den Digitaleingang DE in die Steuereinrichtung SE gelangt ist, zu einem Analogwert gewandelt werden soll, welcher am Analogausgang Aa zu erscheinen hat. Die Erzeugung eines Analogwertes geschieht dadurch, daß ein Kondensator C über eine Konstantstromquelle KQ linear aufgeladen wird. Zu diesem Zweck dient ein Schalter S1, welcher für eine vorbestimmte Dauer oder durch eine feststehende Anzahl kleinerer gleichlanger Zeitabschnitte geschlossen wird.
  • Beim Beginn einer Messung wird zunächst dafür gesorgt, daß der Kondensator C entladen ist. Zu diesem Zweck kann ein Schalter S2 angesteuert werden, welcher den Kondensator C kurzschließt. Zu Beginn einer Messung wird jeweils zunächst eine Referenzmeßphase durchgeführt, wobei der Schalter S1 für mehrere kurze Zeitabstände von jeweils gleicher Dauer geschlossen wird, so daß sich der Kondensator über die Konstantstromquelle KQ schrittweise auflädt. Dieser Vorgang dauert so lange an, bis die Ladespannung U1 den Wert einer vorbestimmten Referenzspannung Uref erreicht hat. Dieser Zustand wird durch einen Vergleicher VG festgestellt, der dieses Ergebnis an die Steuereinrichtung SE meldet. Damit ist die Referenzmeßphase beendet, und die Anzahl der Schließungen des Schalters S1 sind durch einen Zähler festgehalten. Dieser Zählerstand Nr wird zwischengespeichert und dient für die nachfolgende Erzeugung der analogen Ausgangsspannung Ua, welche am Analogausgang Aa erscheint.
  • Da der Wert der Referenzspannung Uref ein ganzzahliger Teiler von der durch den digitalen Maximalwert DWmax darstellbaren Maximalspannung Uamax ist, gilt die Beziehung:
    Figure imgb0001
  • Nach Umstellung der Gleichung 1 ergibt sich die zur Erzeugung der analogen Ausgangsspannung notwendige Schrittzahl Nw wie folgt:
    Figure imgb0002
  • Wenn nun für den Ausdruck: Uamax = k x Uref
    Figure imgb0003
     gesetzt wird, wobei k der Faktor ist, mit dem die Referenzspannung Uref mulitpliziert werden muß,um den mit dem digitalen Maximalwert DWmax darstellbaren maximalen Spannungswert Uamax zu erhalten, so ergibt sich:
    Figure imgb0004
  • Nach dieser Gleichung 3 wird nun die Anzahl der Ladeschritte Nw berechnet, welche notwendig ist, um den Kondensator C so aufzuladen, daß sich eine Ausgangsspannung Ua ergibt, deren Wert dem zu wandelnden Digitalwert DW entspricht. Diese Berechnung wird innerhalb der Steuereinrichtung SE durchgeführt, und es wird beispielsweise ein Zähler mit diesem Wert geladen. Wenn dieser Zähler dann gegen Null gezählt wird, so kann mit dem Zählausgang der Schalter S1 entsprechend oft geschlossen werden. Wenn die entsprechende Anzahl von Zählschritten erreicht worden ist, so hat sich der Kondensator C auf diejenige analoge Ausgangsspannung Ua aufgeladen, die dem zu wandelnden Digitalwert DW entspricht. Von der Steuereinrichtung SE wird dann ein Signal EM abgegeben, welches zur Weiterverarbeitung des Analogwertes dienen kann. Damit kann beispielsweise ein Schalter S3 geschlossen werden, um den Kondensator mit dem Analogausgang Aa zu verbinden. Es kann zweckmäßig sein, den Analogausgang Aa und den Kondensator C durch einen Operationsverstärker OP zu entkoppeln. Zur erwähnen ist noch, daß nach Beenden der Referenzmeßphase oder zu Beginn der eigentlichen Meßphase der Kondensator C entladen werden muß, wozu von der Steuereinrichtung SE ein zweiter Schalter S2 angesteuert wird, worüber der Kondensator C entladen wird.
  • Aus den zuvor beschriebenen Gleichungen läßt sich entnehmen, daß zur Berechnung der Anzahl von Schließungen des Schalters S1, die zur Bildung der Analogspannung Ua notwendig ist, lediglich Digitalwerte benötigt werden, welche innerhalb der Steuereinrichtung SE vorliegen. Damit spielen die Toleranzen elektrischer Größen wie Stromstärke und Kapazität bei der Erzeugung der analogen Ausgangsspannung Ua keine Rolle.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Digital-Analog-Wandlers, wobei aus einem Digitalwert eine diesem Wert entsprechende elektrische Spannung erzeugt wird, indem ein Kondensator über einen Schalter aufgeladen wird, der von einem Zähler gesteuert wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß an den Kondensator (C) ein Vergleicher (VG) angeschlossen ist, der dessen Ladespannung (U1) mit einer Referenzspannung (Uref) vergleicht, deren Wert ein ganzzahliger Teiler von der durch den digitalen Maximalwert (DWmax) darstellbaren Maximalspannung (Uamax) ist, daß ein erster Schalter (S1) vorgesehen ist, der eine Konstantstromquelle (KQ) mit dem Kondensator (C) verbindet,
    daß dieser erste Schalter (S1) während einer ersten Referenzmeßphase so oft oder so lange schlossen wird, bis die Referenzspannung (Uref) erreicht ist, daß die dazu notwendige Schrittzahl (Nr) eines Zählers in einer Steuereinrichtung (SE) gespeichert wird, daß danach ein zweiter Schalter (S2) angesteuert wird, um den Kondensator zu entladen,
    und daß der erste Schalter (S1) bei der dann folgenden Meßphase mit einer Schrittszahl (Nw) angesteuert wird, die unter Berücksichtigung des digitalen Maximalwertes (DWmax) und des aus der Referenzspannung (Uref) sich ergebenden Teilerverhältnisses zur Maximalspannung (Uamax) aus dem zu wandelnden Digitalwert (DW) und der zuvor ermittelten Schrittzahl (Nr) von der Steuereinrichtung (SE) errechnet wurde, wobei am Kondensator (C) die gewandelte analoge Ausgangsspannung (Ua) entsteht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß von der Steuereinrichtung (SE) ein Meßsignal (EM) abgegeben wird, wenn die Meßphase beendet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein dritter Schalter (S3) vorgesehen ist, der beim Erscheinen des Meßsignals (EM) geschlossen wird und den Kondensator (C) mit dem Analogausgang (Aa) verbindet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Analogausgang (Aa) durch einen Operationsverstärker (OP) von dem Kondensator (C) entkoppelt ist.
EP19910120945 1991-01-17 1991-12-06 Method of operating a digital-to-analog converter Withdrawn EP0495195A3 (en)

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DE19914101193 DE4101193C1 (de) 1991-01-17 1991-01-17
DE4101193 1991-01-17

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Publication Number Publication Date
EP0495195A2 true EP0495195A2 (de) 1992-07-22
EP0495195A3 EP0495195A3 (en) 1993-07-28

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DE (1) DE4101193C1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2444939A1 (de) * 1974-09-17 1976-04-01 Detlef Dipl Ing Schuetz Verfahren zur hochgenauen digitalanalog-umsetzung
DE2645013A1 (de) * 1976-10-06 1978-04-20 Bodenseewerk Perkin Elmer Co Schaltungsanordnung zur analog-digital- und digital-analog-umsetzung

Patent Citations (2)

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DE4101193C1 (de) 1992-03-05
EP0495195A3 (en) 1993-07-28

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